JP3840872B2 - 真空絶縁開閉装置の真空度測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空圧力検出用の測定装置を備えた真空絶縁開閉装置の真空圧力測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
真空バルブの遮断性能および耐電圧性能は真空圧力が10-4Torr以下になると急激に低下する。真空圧力変動の原因には、真空容器の亀裂発生による真空漏れは勿論のこと、金属・絶縁物に吸着していた気体分子の放出、さらには雰囲気ガスの透過などがある。真空バルブの高電圧化に伴って真空容器が大型化すると、吸着ガスの放出,雰囲気ガスの透過が無視できなくなる。また、特開平9− 153320号記載の絶縁開閉装置のように、単一真空バルブ内に遮断器・遮路器・接地開閉器を集積した構造では、負荷あるいは開閉装置本体を保守・点検する作業者の安全を確保する上で、操作時の真空圧力チェック機能、あるいは圧力の常時監視機能を付加することが望まれる。
【0003】
これまで、真空圧力検出装置を備えた真空バルブには、電離真空計を取り付けたもの、真空容器内に設けた微小ギャップに電圧を印加し放電して真空度を検出するもの、マグネトロン端子を備えたものなどが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では、主回路と測定端子間の絶縁を考慮したとき下記の問題があった。絶縁筒を用いて測定端子を主回路と切り離して構成した場合、測定端子のサイズは絶縁筒を含めると真空バルブと同程度になってしまうほど大型になる。また、測定端子で発生した電子eが、絶縁筒と衝突しながら、つまり2次電子を発生して電子増倍された状態で真空バルブ内部に侵入するため、真空バルブの絶縁性能が劣化する問題があった。
【0005】
従来技術として、電源側線路と真空圧力測定素子の外側円筒電極を同電位とし、コンデンサで分圧された電圧を内側電極に印加することによって、絶縁筒を不要とし、測定端子のサイズを小型化できるが、コンデンサの対地との絶縁を考慮すると結果的に装置が大型化し、さらに主回路の電圧変動(例えば、サージ電圧など)の影響を受けるという問題があった。また、測定素子が電源側線路と同電位となっているため、測定器、あるいは警告ランプ42,警音などを発するためのリレー回路への伝送に絶縁トランスや光伝送を必要とするため、システム全体が複雑化してしまうという問題があった。
【0006】
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、その目的とするところは、簡単な構成で信頼性が向上した真空圧力監視・測定を行うことができる真空絶縁開閉装置の真空測定方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第1のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第2のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、電源回路から前記外側電極または内側電極に電圧を印加し、前記空間内の残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記金属容器の圧力を測定する真空絶縁開閉装置の真空測定方法とすることによって所期の目的を達成するようにしたものである。
【0008】
また本発明は、接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第1のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第2のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、前記内側電極に電源回路から電圧を印加し、該内側電極から電子を放出させ、該内側電極の径方向の電界と該内側電極の長手方向の磁界によって該電子を内側電極の周囲を回転させて残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記電源回路の両端に発生する電圧から前記金属容器の圧力を測定する真空絶縁開閉装置の測定方法としたことを特徴とする。
【0009】
さらに本発明は、接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第1のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第2のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、前記外側電極に電源回路から電圧を印加し、該外側電極から電子を放出させて残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記電源回路の両端に発生する電圧から前記金属容器の圧力を測定する真空絶縁開閉装置の真空測定方法としたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図1ないし図15を用いて詳細に説明する。
【0012】
(実施例1)
本発明の第1の実施例を説明する。図1には真空バルブ1、およびそれに取り付けた真空圧力測定端子30の断面が示されている。図12には可動導体21を主軸20に取り付けて、回転自在に構成した絶縁開閉装置が示されている。
【0013】
接地した金属容器2の周囲に2つのブッシング3,4を設け、真空バルブ1を構成する。真空バルブ1の内部に、接離自在な固定電極5と可動電極6を配置し、両者を接離させることによって投入および遮断を行う。ブッシング3の導体には固定電極5を固定し、ブッシング4の導体には可動電極6から延びたフレキシブル導体8を接続する。本実施例の真空バルブ1では、ブッシング3導体−固定電極5−可動電極6−フレキシブル導体8−ブッシング4導体の経路で電流が流れる。可動電極6は絶縁ロッド9と接続し、絶縁ロッド9はベローズ10を介して金属容器2に固定される。符号11はアークシールドを表し、遮断時にアークAが金属容器2に触れて生じる地絡事故を回避するためのものである。
【0014】
次に、図13を用いて真空バルブ1の動作について説明する。図13は、真空バルブ1の可動電極6を操作機構25で操作する開閉装置を示している。符号
130は遮断バネであり、蓄勢された絶縁部131を個別に設けたトリップ機構で開放して駆動力を発生し、駆動力はシャフト22を通じて絶縁ロッド9に伝達される。その結果、絶縁ロッド9は上下方向に駆動され、固定電極5と可動電極6が開閉する。
【0015】
符号30はマグネトロン方式の測定端子を示し、金属容器2の側面に取り付ける。測定端子30の構造を図3に示す。測定端子30は、同軸電極32と、その周囲に配置した磁界発生用のコイル36で構成する。同軸電極32は円筒形の外側電極33とそれを貫通する内側電極34からなり、両者は絶縁部31で絶縁される。なお、図4のようにコイル36の代わりにリング状の永久磁石37を用いてもよい。永久磁石37のN極とS極を逆にしても同様の性能が得られる。
【0016】
図3を用いて測定端子30の動作について説明する。電源回路40によって内側電極34に負の直流電圧を印加する。印加する電圧は、交流電圧、あるいはパルス状の電圧であってもよい。内側電極34から放出された電子eは、電界Eとコイル36で印加した磁界Bによってローレンツ力を受け、内側電極34の周囲を回転運動する。回転運動する電子eは残留ガスを衝突電離させ、発生した陽イオンIが内側電極34に流れ込む。このイオン電流jは残留ガス量、すなわち圧力に依存するため、抵抗Rの両端に発生する電圧Vによって圧力を測定できる。圧力を常時監視する場合には、抵抗Rの両端の電圧Vによってリレーを動作させ、警報ランプを点灯、あるいは警音を発生させればよい。なお、図14のグラフに示すように、真空バルブ1の遮断性能および絶縁性能は圧力Pが10-4Torr以上になると急激に低下する。本実施例で示した真空圧力測定端子30は、10-6Torr程度まで識別可能であり、真空圧力監視として十分有効である。
【0017】
次に本実施例の効果について説明する。接地した金属容器2に測定端子30を取り付けたため、測定端子30の電源回路40を主回路13と分離できる。それゆえ、主回路13からのサージによる誤動作がなくなって信頼性が向上する。また、抵抗Rから直接測定器、あるいはリレー回路に伝送できるため、測定システムは小型で、簡素化できる。さらに本発明では、測定端子30を直接金属容器2に接続したため、絶縁筒を介して測定端子を取り付けていた従来方法と比べて、真空バルブ1内に侵入する電子の数が少なく、真空バルブ1の遮断性能および絶縁性能の低下を回避できる利点もある。
【0018】
図5にセラミックのメタライズ部を電子放出に利用したマグネトロンの例を示す。同軸電極32の外側電極33をマイナス極,中心電極をプラス極にする。図4の場合とは逆極性となる。外側電極33とセラミック31を接続するためにセラミック31に施した薄肉のメタライズ部43は、電界が強く電子放出係数が高い。このため、マグネトロン30の感度が向上する。
【0019】
なお、測定端子30を取り付ける位置は、図6に示すようにアークシールド 11の外側に取り付けるのがよい。遮断時に電極から放出される金属粒子,電子、およびイオンが、測定端子30内に入射することなく、信頼性が維持できるためである。また、図7のように真空バルブ1内にシールド12を個別に設けてもよい。この場合、電極からコイル36を遠ざけることができ、磁界による遮断性能の低下を回避できる。ところで、コイル36は常時備えておくのではなく、圧力測定時にのみ取り付けるようにして、磁界の遮断に対する影響をなくしてもよい。
【0020】
さらに、マグネトロン端子だけでなく、電離真空計端子,放電ギャップ測定端子などの測定端子に対しても本発明が適用できる。いずれも接地した金属容器2に取り付けることにより、測定系と主回路を分離できるため測定の信頼性が向上する。
【0021】
(実施例2)
本発明の第2の実施例について図2を用いて説明する。本実施例は図1に示す測定端子30を真空バルブ1の金属容器2に絶縁物50を介して取り付けたものである。
【0022】
絶縁物50の厚みが大きい場合は、センサから出た電子が絶縁物と衝突を繰り返して、2次電子倍増された状態で真空容器内に入ってくるので絶縁性能が低下する。絶縁物の厚みは2ないし3mmが好ましい。
【0023】
本実施例では、本体と測定系を分離することによって、本体から発生するサージ電流などの影響を受けて測定系が誤動作するのを防止できる。
【0024】
(実施例3)
本発明の第3の実施例について図8を用いて説明する。本実施例は、図7に示す測定端子30を、実施例1で示した真空バルブ1の金属容器2に取り付けたものである。測定端子30は、外側電極33,内側電極34、さらに内側電極34と対向して設けた外側電極33と同電位の第3の電極39で構成される。これにより、内側電極34の先端から放出された電子eが電極39に補足され、真空バルブ内部への電子eの進入が低減され、真空バルブ1の絶縁性能の低下を回避できる。なお、図9のように、金属容器2に穴15を設けて、その上に同軸電極 32を取り付けても同様の効果が得られる。
【0025】
さらに、図10のように金属容器2に外側電極33の内側より小さい穴51を設ける。内側電極34の先端から放出された電子e2は電界Eと磁界Bによって生じるローレンツ力を受けて、螺旋状の軌跡44を描きながら金属容器2に達する。電子e2が軌跡44を描く途中で残留ガスと衝突を繰り返すと、イオン電流jが流れる。電子e1による電流に加えて、電子e2の効果が生じるため、感度が向上する。
【0026】
(実施例4)
本発明の第4の実施例について図9を用いて説明する。本実施例は、図11に示す測定端子30を、実施例1で示した真空バルブ1の金属容器2に取り付けたものである。本実施例の測定端子30は、コップ型のセラミック51の内側面に施した金属メッキ52を外部電極としたものである。実施例1あるいは2では、図3のように絶縁部31と外側電極33を個別に製作したが、本実施例では単一部品として製作できるため、部品数,ろう付け個所が削減できる。
【0027】
(実施例5)
本発明の第5の実施例について説明する。図11に先の実施例と同時に示した。本実施例は、図11に示す測定端子30を、実施例1で示した真空バルブ1の金属容器2に取り付けたものである。本実施例の測定端子30は、内側電極34にネジ部を設けて内側電極34表面の局所的な電界を増強し、内側電極34からの電子放出量を増大して測定感度を向上させたものである。勿論、内側電極34に何らかの突起部を設けても同様の効果が得られる。
【0028】
(実施例6)
本発明の第6の実施例について図15を用いて説明する。測定端子30は、図1に示した実施例1と同様に金属容器2の側面に取り付けてある。本実施例では、絶縁抵抗測定器のメガー41を用いて、測定端子30に印加する直流電圧の発生およびイオン電流の計測を行う。メガー41は、絶縁物に対して数kVの直流電圧を印加し、漏れ電流を検知してMΩレベルの抵抗値を測定するハンディタイプの測定器であり、高電圧機器の保守・管理者が通常所有している計測器の一つである。メガー41の電圧端子42を測定端子30の同軸電極32に接続し、電圧Vを印加して抵抗値Rを測定する。電圧Vと抵抗値Rで決まる漏れ電流I=V/Rは、圧力Pに依存するイオン電流jに相当する。したがって、あらかじめ抵抗値Rと圧力Pの関係を求めておけばメガーによって圧力が簡単に測定できる。圧力測定用として特別に電源を用意する必要はなく、安価で容易に圧力測定が実現できる。
【0029】
(実施例7)
本発明の第7の実施例について説明する。本実施例は、測定端子30で発生する磁界Bを真空バルブ1内に侵入させないための方策である。構成は図1に示した実施例1と同一である。本実施例は、図1の金属容器2をモネル(Cu−Ni合金)などの磁性体で製作したものであり、測定端子30で発生する磁界を金属容器2で遮蔽して、侵入磁界による遮断性能の低下を回避する。
【0030】
なお本発明は、図12の回転動作型真空バルブにも適用できる。主軸20を支点に可動電極6を回動させて、固定電極5と接離する。固定電極5は絶縁筒16Aで、可動電極6は絶縁筒16Bで、接地した金属容器2と絶縁する。なお、本実施例では、穴15を付加してあり、可動電極6が閉位置Y1,切位置Y2、および雷などで絶縁破壊しない断路位置Y3、さらに接地位置Y4の4つの位置に停止するようにすることで、遮断器,断路器,接地開閉器を集積した小型の開閉装置となる。断路器としての機能を有する真空バルブ1に本発明の真空圧力測定端子30を付加したことにより、保守点検時の作業者の安全性が確保でき、開閉装置の信頼性を向上できる。
【0031】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、真空圧力監視・測定の信頼性が向上し、その結果安全性の高い真空絶縁開閉装置の真空度測定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である真空バルブおよび真空圧力測定端子の模式図である。
【図2】本発明の実施例である真空バルブおよび真空圧力測定端子の模式図である。
【図3】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた真空圧力測定端子の側断面図である。
【図4】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図5】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図6】本発明の実施例である真空バルブの側断面図である。
【図7】本発明の実施例である真空バルブの側断面図である。
【図8】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図9】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図10】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図11】本発明の実施例である真空バルブに取り付けた他の真空圧力測定端子の側断面図である。
【図12】本発明の他の実施例を示す側断面図である。
【図13】本発明の実施例である絶縁開閉装置図である。
【図14】圧力Pと遮断性能・耐電圧性能の関係を表した特性図である。
【図15】本発明の他の実施例である真空圧力の測定方法を表した模式図である。
【符号の説明】
1…真空バルブ、2…金属容器、3,4…ブッシング、5…固定電極、6…可動電極、9…絶縁ロッド、10…ベローズ、15…穴、16…絶縁筒、20…主軸、25…操作機構、30…真空圧力測定端子、32…同軸電極、33…外側電極、34…内側電極、36…コイル、37…永久磁石、40…電源回路、41…メガー、50…絶縁物、B…磁界、E…電界、P…圧力、R…抵抗、V…電圧、e…電子。
Claims (3)
- 接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第1のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第2のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、電源回路から前記外側電極または内側電極に電圧を印加し、前記空間内の残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記金属容器の圧力を測定することを特徴とする真空絶縁開閉装置の真空測定方法。
- 接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第1のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第2のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、前記内側電極に電源回路から電圧を印加し、該内側電極から電子を放出させ、該内側電極の径方向の電界と該内側電極の長手方向の磁界によって該電子を内側電極の周囲を回転させて残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記電源回路の両端に発生する電圧から前記金属容器の圧力を測定することを特徴とする真空絶縁開閉装置の真空測定方法。
- 接地された金属容器、該金属容器内に配置され、該金属容器外に第1のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する固定電極、該固定電極と対向して前記金属容器内に配置され、絶縁ロッドに固定され前記固定電極と接離可能に前記金属容器に支持されると共に、フレキシブル導体を介して電気的に接続され前記金属容器外に第2のブッシングで電気的に絶縁されて延びる導体と接続する可動電極で構成される開閉装置と、前記金属容器に該金属容器内の真空と連通して接続され接地電位にある円筒形の外側電極と、該外側電極の内側に空間をもって配置される内側電極から成る同軸電極、該同軸電極の周囲に配置された磁界発生装置で構成される真空圧力測定端子とを備えている真空絶縁開閉装置における前記金属容器内の真空度を測定する際に、前記外側電極に電源回路から電圧を印加し、該外側電極から電子を放出させて残留ガスを電離させ、発生した陽イオン電流によって前記電源回路の両端に発生する電圧から前記金属容器の圧力を測定することを特徴とする真空絶縁開閉装置の真空測定方法。
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